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儘管嫦娥一號衛星要經過十多天的飛行才能進入工作軌道，但其攜帶的部分有效載荷卻將提早投入工作狀態。
爲實現科學目標，繞月探測工程首次飛行任務共在衛星上安裝了8種有效載荷：CCD立體相機、激光高度計、X射線譜儀，γ射線譜儀、干涉成像光譜儀、微波探測儀、高能粒子探測器和太陽風離子探測器。
根據設計，星上高能粒子探測器和太陽風離子探測器26日左右即將開始進行工作，探測並收集沿途的地月空間環境數據。
據嫦娥一號衛星副總設計師孫輝先介紹，這8件星上探測設備均具有不同的“本領”，承擔着各自重要的“職責”：
CCD立體相機--獲取月表同一目標星下點、前視17°、後視17°三幅二維原始數據圖像，經輻射定標，重構月表三維立體影像。
干涉成像光譜儀--採集每個地元(像元)的點干涉圖，經數學處理後獲得相應地元(像元)的點光譜圖，並提供二維重構光譜圖像，從而獲得有關月表主要物質類型及其分佈的信息。
激光高度計--測量衛星到星下點月球表面的距離，與衛星軌道參數相結合，可提供三維影響處理所需的參數。
γ／X射線譜儀--γ／X射線譜儀應具有探測月表元素受宇宙射線激發產生的γ射線和熒光X射線能譜，通過數據處理獲得月表主要元素的含量和分佈，從而確定月球表面位置類型和資源分佈功能。
微波探測儀--利用不同頻段微波在月壤中穿透深度不同的特點，通過對月壤特定頻段微波輻射亮溫的測量，反演出月表不同地區月壤厚度信息。這是世界上首次採用微波遙感手段對月球進行探測。
高能粒子探測器--探測高能帶電粒子的成分、能譜、通量和隨時間的變化特徵。
太陽風離子探測器--探測原始太陽風等離子的能譜，包括太陽風的體速度、離子溫度等。
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